Name: Sintesi seminata di nanocristalli di CdSe/CdS Rod e tetrapodi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:15:00.000+00:00
Duration: 12 min 56 s
Description: Impara la sintesi seminata di nanocristalli a bastoncino e tetrapodi di CdSe/CdS per la nanotecnologia. Questo metodo consente un controllo preciso della morfologia mediante la struttura cristallina dei semi.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Questo lavoro è stato supportato dal Programma di Chimica Fisica delle Nanostrutture Inorganiche, KC3103, Direttore, Ufficio della Scienza, Ufficio delle Scienze dell'Energia di Base, del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sotto contratto DE-AC02-05CH11231. Il Centro per i Materiali su Nanoscala presso l'Argonne National Laboratory è supportato da un Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Ufficio della Scienza, Ufficio delle Scienze dell'Energia di Base User Facility sotto contratto n. DE-AC02-06CH11357. K.M. e B.J.B. riconoscono con gratitudine il sostegno del Department of Energy Office of Science Graduate Fellowship Program (DOE SCGF), reso possibile in parte dall'American Recovery and Reinvestment Act del 2009 e amministrato da ORISE-ORAU nell'ambito del contratto n. DE-AC05-06OR23100.

<ol><li>Talapin, D. V., Lee, J. -S., Kovalenko, M. V., Shevchenko, E. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Propects+of+Colloidal+Nanoscrystals+for+Electronic+and+Optoelectronic+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Propects of Colloidal Nanoscrystals for Electronic and Optoelectronic Applications.</a> Chem. Rev. 110, 389-458 (2010).</li>
<li>Hines, M. A., Guyot-Sionnest, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Characterization+of+Strongly+Luminescing+ZnS-Capped+CdSe+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Characterization of Strongly Luminescing ZnS-Capped CdSe Nanocrystals.</a> J. Phys. Chem. 100, 468-471 (1996).</li>
<li>Peng, X., Schlamp, M. C., Kadavanich, A., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+Growth+of+Highly+Luminescent+CdSe%2FCdS+Core%2FShell+Nanocrystals+with+Photostability+and+Electronic+Accessibility%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Epitaxial Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals with Photostability and Electronic Accessibility.</a> J. Am. Chem. Soc. 119, 7019-7029 (1997).</li>
<li>Talapin, D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Emissive+Colloidal+CdSe%2FCdS+Heterostructures+of+Mixed+Dimensionality.%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Highly Emissive Colloidal CdSe/CdS Heterostructures of Mixed Dimensionality.</a> Nano Lett. 3, 1677-1681 (2003).</li>
<li>Carbone, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Micrometer-Scale+Assembly+of+Colloidal+CdSe%2FCdS+Nanorods+Prepared+by+a+Seeded+Growth+Approach%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach.</a> Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).</li>
<li>Talapin, D. V., Nelson, J. H., Shevchenko, E. V., Aloni, S., Sadtler, B., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seeded+Growth+of+Highly+Luminscent+CdSe%2FCdS+Nanoheterostructures+with+Rod+and+Tetrapod+Morphologies%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Seeded Growth of Highly Luminscent CdSe/CdS Nanoheterostructures with Rod and Tetrapod Morphologies.</a> Nano Lett. 7, 2951-2959 (2007).</li>
<li>Dabbousi, B. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%28CdSe%29ZnS+Core-Shell+Quantum+Dots%3A+Synthesis+and+Characterization+of+a+Size+Series+of+Highly+Luminescent+Nanocrystallites%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites.</a> J. Phys. Chem. B. 101, 9463-9475 (1997).</li>
<li>Sugimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Monodispersed+Colloidal+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Preparation of Monodispersed Colloidal Particles.</a> Adv. Colloid Interface Sci. 28, 65-108 (1987).</li>
<li>Shevchenko, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+Nucleation+and+Growth+in+the+Organometallic+Synthesis+of+Magnetic+Alloy+Particles%3A+The+Role+of+Nucleation+and+Rate+in+Size+Control+of+CoPt3+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Study of Nucleation and Growth in the Organometallic Synthesis of Magnetic Alloy Particles: The Role of Nucleation and Rate in Size Control of CoPt3 Nanocrystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 125, 9090-9101 (2003).</li>
<li>Carbone, L., Cozzoli, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+Heterostructured+Nanocrystals%3A+Synthesis+and+Growth+Mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotoday%22%5BJournal%5D)">Colloidal Heterostructured Nanocrystals: Synthesis and Growth Mechanisms.</a> Nanotoday. 5, 449-493 (2010).</li>
<li>Baumgardner, W. J., Quan, Z., Fang, J., Hanrath, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Timing+Matters%3A+The+Underappreciated+Role+of+Temperature+Ramp+Rate+for+Shape+Control+and+Reproducibility+of+Quantum+Dot+Synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Timing Matters: The Underappreciated Role of Temperature Ramp Rate for Shape Control and Reproducibility of Quantum Dot Synthesis.</a> Nanoscale. 4, 3625-3528 (2012).</li>
<li>Evans, C. M., Evans, M. E., Krauss, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mysteries+of+TOPSe+Revealed%3A+Insights+into+Quantum+Dot+Nucleation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Mysteries of TOPSe Revealed: Insights into Quantum Dot Nucleation.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 10973-10975 (2010).</li>
<li>Steckel, J. S., Yen, B. K. H., Oertel, D. C., Bawendi, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Mechanism+of+Lead+Chalcogenide+Nanocrystal+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">On the Mechanism of Lead Chalcogenide Nanocrystal Formation.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 13031-13033 (2006).</li>
<li>Wang, F., Tang, R., Buhro, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Trouble+with+TOPO%3B+Identification+of+Adventitious+Impurities+Beneficial+to+the+Growth+of+Cadmium+Selenide+Quantum+Dots%2C+Rods%2C+and+Wires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">The Trouble with TOPO; Identification of Adventitious Impurities Beneficial to the Growth of Cadmium Selenide Quantum Dots, Rods, and Wires.</a> Nano Lett. 8, 3521-3524 (2008).</li>
<li>Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShriver%2C+DF+%22The+Manipulation+of+Air-Sensitive+Compounds%22">The Manipulation of Air-Sensitive Compounds</a>. , John Wiley and Sons. New York, New York, USA. (1986).</li>
<li>Yang, Y. A., Wu, H., Williams, K. R., Cao, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+CdSe+and+CdTe+Nanocrystals+without+Precursor+Injection%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Synthesis of CdSe and CdTe Nanocrystals without Precursor Injection.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 44, 6712-6715 (2005).</li>
<li>Yu, W. W., Qu, L., Guo, W., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Determination+of+the+Extinction+Coefficient+of+CdTe%2C+CdSe%2C+and+CdS+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals.</a> Chem. Mater. 15, 2854-2860 (2003).</li>
<li>Chen, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Metal-Selenide+Nanocrystals+Using+Selenium+Dioxide+as+the+Selenium+Precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Metal-Selenide Nanocrystals Using Selenium Dioxide as the Selenium Precursor.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47, 8638-8641 (2008).</li>
<li>Huang, J., Kovalenko, M. V., Talapin, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alkyl+Chains+of+Surface+Ligands+Affect+Polytypism+of+CdSe+Nanocrystals+and+Play+an+Important+Role+in+the+Synthesis+of+Anisotropic+Nanoheterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Alkyl Chains of Surface Ligands Affect Polytypism of CdSe Nanocrystals and Play an Important Role in the Synthesis of Anisotropic Nanoheterostructures.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 15866-15868 (2010).</li>
<li>Čapek, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Properties+of+Zincblende+Cadmium+Selenide+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Optical Properties of Zincblende Cadmium Selenide Quantum Dots.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 6371-6376 (2010).</li>
<li>Qu, L., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+Photoluminescence+Properties+of+CdSe+Nanocrystals+in%5BTitle%5D)+AND+%22Growth.+J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Control of Photoluminescence Properties of CdSe Nanocrystals in.</a> Growth. J. Am. Chem. Soc. 124, 2049-2055 (2002).</li>
<li>Manna, L., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Control+of+Colloidal+Semiconductor+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cluster+Sci%22%5BJournal%5D)">Shape Control of Colloidal Semiconductor Nanocrystals.</a> J. Cluster Sci. 13, 521-532 (2002).</li>
<li>Sitt, A., Sala, F. D., Menagen, G., Banin, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiexciton+Engineering+in+Seeded+Core%2FShell+Nanorods%3A+Transfer+from+Type-I+to+Quasi-type-II+Regimes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Multiexciton Engineering in Seeded Core/Shell Nanorods: Transfer from Type-I to Quasi-type-II Regimes.</a> Nano Lett. 9, 3470-3476 (2009).</li>
</ol>

Non abbiamo nulla da rivelare.

Gli spettri ottici dei semi w-CdSe e zb-CdSe mostrano un chiaro assorbimento eccitonico (Figure 1a e 1b) poiché i semi sono altamente monodispersi; l'energia del primo eccitone corrisponde a diametri di 3,3 nm e 3,6 nm rispettivamente per w-CdSe e zb-CdSe. I semi mostrano inoltre una forte fotoluminescenza, con rese quantistiche comprese approssimativamente tra il 3% e il 30%, a seconda del metodo di preparazione del campione; ad esempio, un numero maggiore di passaggi di purificazione tende a rimuovere i ligandi superficiali e a ridurre le rese quantistiche6. L'elevata strettezza della larghezza a mezza altezza del picco di PL (31 nm e 33 nm rispettivamente per le nanocristalliti w-CdSe e zb-CdSe) è compatibile con distribuzioni dimensionali del 5-10%21.
I pattern di diffrazione a raggi X raccolti per i semi (Figure 1c e 1d) confermano che essi sono nella fase desiderata. La fase wurtzite presenta riflessi evidenti a 41,1° e 53,8° che sono assenti nella fase zincoblenda. L'allargamento dei picchi è dovuto all'allargamento di Scherrer causato dalle dimensioni finite del cristallo.
Le differenze nella struttura cristallina dei semi di CdSe portano a morfologie radicalmente diverse della struttura eterogenea finale (Figure 2a e 2b)6. Il w-CdS si nuclea e cresce sulle facce (001) e (00<img fo:content-width="0.07in" src="/files/ftp_upload/50731/50731bar.jpg" alt="Diagramma di notazione per numeri complessi con simbolo dell'unità immaginaria, illustrato con la sovrascritta \( \bar{1} \)." data-altupdatedat="1787630408000">) del w-CdSe, portando a una particella finale di forma allungata poiché la crescita avviene in modo uniaxiale. Al contrario, il w-CdS si nuclea e cresce sulle facce {111} del zb-CdSe. Tra le otto facce {111}, quattro presentano un grado inferiore di saturazione coordinativa rispetto alle altre; di conseguenza, si osserva una crescita più rapida del w-CdS proprio da queste quattro facce, il che determina una morfologia a tetrapode22. Le barre seminate e i tetrapodi mostrano un'elevata cristallinità, corrispondente al CdS wurtzite, come confermato dalla diffrazione a raggi X (XRD) (Figure 2c e 2d).
Poiché la porzione di CdS delle eterostrutture è molto più grande rispetto al seme di CdSe, l'assorbimento dovuto ai semi rappresenta una piccola percentuale dell'assorbimento complessivo. Di conseguenza, le eterostrutture assorbono debolmente a lunghezze d'onda superiori a 500 nm, dove la maggior parte dell'assorbimento è attribuibile al seme di CdSe (Figure 2e e 2f). A lunghezze d'onda inferiori a 500 nm, l'assorbimento aumenta notevolmente poiché il CdS, caratterizzato da un bandgap più ampio, inizia ad assorbire in modo significativo. I coefficienti di estinzione dei semi sono dell'ordine di 105 M-1cm-1, mentre le barre e i tetrapodi presentano coefficienti di estinzione notevolmente più elevati6, pari rispettivamente a 107 M-1cm-1 e 108 M-1cm-1. Per entrambe le barre e i tetrapodi, la prima transizione eccitonica delle eterostrutture è spostata verso il rosso rispetto ai semi nudi (Figure 2e e 2f), poiché gli elettroni e le lacune sono distribuiti su una particella più grande.
A seconda delle dimensioni specifiche dei componenti dell'eterostruttura e della struttura a bande risultante, la lacuna tende a essere parzialmente confinata nel nucleo, mentre l'elettrone è più libero di muoversi in tutta la particella23. Di conseguenza, la ricombinazione avviene lontano dalla superficie della particella, portando a rese quantistiche per le barre superiori al 75% e per i tetrapodi comprese tra il 35% e il 70%, valori significativamente più elevati rispetto a quelli dei nuclei di CdSe nudi6. Inoltre, il passivamento inorganico fornito dal CdS sui nuclei di CdSe garantisce una maggiore stabilità ambientale.
È stato dimostrato un metodo per controllare la morfologia finale di un'eterostruttura su scala nanometrica mediante il controllo della struttura cristallina del seme. Questo stesso approccio basato sulla crescita da semino è già stato applicato a una vasta gamma di strutture, e ci si aspetta che i tipi di eterostrutture sintetizzabili con questo metodo continueranno ad ampliarsi.

La sintesi di nanostrutture multicomponente si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni1. È stata sintetizzata una gamma di nanoeterostrutture semiconduttrici II-VI, tra cui particelle sferiche nucleo-guscio2,3, nanobarre seminate4,5 e tetrapodi seminati6. Queste eterostrutture consentono una sofisticata manipolazione di fotoni e vettori su scala nanometrica e mostrano molti fenomeni interessanti, tra cui coefficienti di estinzione estremamente elevati, emissione polarizzata4 e rese quantistiche elevate2,7.
La sintesi di nanostrutture multicomponente richiede un controllo preciso sulla composizione, la fase, la forma, le dimensioni e la connettività di ciascun componente. Il controllo su questi vari fattori si basa in gran parte sulla capacità di modulare in modo indipendente il tasso di nucleazione e crescita8,9,10. Una strategia per ottenere un controllo indipendente sulla nucleazione e sulla crescita è quella di separare questi due processi in fasi sintetiche separate. Qui, mostreremo come piccoli semi di CdSe generati in condizioni di reazione ottimizzate per la nucleazione e la crescita di nanocristalli sferici possano poi essere trasferiti in un secondo pallone dove la crescita di CdS avviene in condizioni di reazione ottimizzate per la crescita anisotropa di bracci a forma di bastoncino6. Regolando la struttura cristallina del seme di CdSe da wurtzite a zinco-blenda, dimostreremo come la morfologia delle eterostrutture CdSe/CdS coltivate in condizioni simili possa essere modificata da un nanorod a un tetrapode, evidenziando il controllo preciso su fase, forma e dimensione offerto dai metodi di sintesi di nanoparticelle all'avanguardia. Le nanostrutture dei calcogenuri di cadmio sono servite come utile sistema-modello per lo sviluppo di nuove tecniche sintetiche, poiché questo sistema di materiali è stato intensamente esplorato; Sebbene la sintesi di una particolare nanostruttura sia mostrata in questo protocollo video, le stesse tecniche sono applicabili alla sintesi di numerose altre nanostrutture.
È stato dimostrato che piccole differenze nelle tecniche e nei reagenti impiegati nelle sintesi delle nanoparticelle creano differenze drammatiche nel prodotto finale. Ad esempio, è stato dimostrato che la velocità di rampa di temperatura11 e le impurità12-14 presenti durante la sintesi hanno un impatto drammatico sulle dimensioni e sulla forma dei nanocristalli. Con l'identificazione dei fattori specifici a cui le procedure sintetiche sono altamente sensibili, la riproducibilità delle sintesi di nanocristalli continua a migliorare. Questo protocollo video dettagliato ha lo scopo di aiutare i nuovi professionisti del settore a evitare molte insidie comuni associate alla sintesi di nanoparticelle.

<table><tbody><tr><td>Idrossido di sodio, 98%</td> <td>Acido</td> miristico Fisher <td>BP359</td><td></td></tr><tr><td>, 99%</td> <td>Metanolo Sigma Aldrich</td><td>M3128</td><td></td></tr><tr><td>, 99,8%</td> <td>Nitrato</td> di cadmio tetraidrato Fisher <td>A412</td><td></td></tr><tr><td>, 99%</td> <td>Ossido</td><td></td> di <td></td></tr><tr><td>cadmio (CdO) altamente tossico, 99,99%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>202894</td><td>Altamente tossico</td></tr><tr><td>1- Octadecene (ODE), 90%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>O806</td><td>Grado tecnico</td></tr><tr><td>Selenio (Se), 100 mesh, 99,99%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>Tri-n-ottilfosfina (TOP), 97%</td> <td>Strem</td><td>15-6655</td><td>Zolfo sensibile all'aria</td></tr><tr><td>(S), 99,9995%</td> <td>Alfa Aesar</td><td>10343</td><td></td></tr><tr><td>Ossido di triottilfosfina (TOPO), 99%</td> <td>Strem</td><td>15-6661</td><td></td></tr><tr><td>Acido N-ottadecilfosfonico (ODPA), 99%</td> <td>Sintesi PCI</td><td>104224</td><td></td></tr><tr><td>Metanolo, anidro, 99,8%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>322415</td><td></td></tr><tr><td>Toluene, anidro, 99,8%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformio, anidro, 99%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>288306</td><td></td></tr><tr><td>acetone, 99,9%</td> <td>Fisher</td><td>A949</td><td>Essiccato su 4 setacci</td></tr><tr><td>Esano, anidro, 95%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>296090</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanolo, anidro, 99,5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>biossido di selenio, 99,999%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>204315</td><td></td></tr><tr><td>acido oleico, 90%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525</td><td>Grado tecnico</td></tr><tr><td>Oleylamine, 70%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O7805</td><td>Grado tecnico</td></tr><tr><td>Acido propilfosfonico (PPA), 95%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>305685</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo, anidro, 99,5%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>Ottilammina, 99%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>O5802</td><td></td></tr></tbody></table>

sintesi seminata di nanocristalli di cdse/cds rod e tetrapodi

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

Dimostriamo un metodo per la sintesi di nanostrutture multicomponente costituite da CdS e CdSe con morfologie di bastoncelli e tetrapodi. Viene utilizzata una strategia di sintesi seminata in cui i semi sferici di CdSe vengono preparati per primi utilizzando una tecnica di iniezione a caldo. Controllando la struttura cristallina del seme in wurtzite o zinco-blenda, la successiva crescita per iniezione a caldo di CdS dal seme si traduce in un nanocristallo a forma di bastoncino o a forma di tetrapode, rispettivamente. La fase e la morfologia dei nanocristalli sintetizzati sono confermate utilizzando la diffrazione a raggi X e la microscopia elettronica a trasmissione, dimostrando che i nanocristalli sono puri in fase e hanno una morfologia coerente. Il coefficiente di estinzione e la resa quantica dei nanocristalli sintetizzati sono calcolati utilizzando la spettroscopia di assorbimento UV-Vis e la spettroscopia di fotoluminescenza. I bastoncelli e i tetrapodi mostrano coefficienti di estinzione e rese quantiche superiori a quelle dei semi nudi. Questa sintesi dimostra la precisa disposizione dei materiali che può essere ottenuta su scala nanometrica utilizzando un approccio sintetico seminato.

Sono stati raccolti spettri di assorbimento, spettri di fotoluminescenza (PL), schemi di diffrazione a raggi X (XRD) e immagini di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) per i semi (Figura 1) e le eterostrutture finali (Figura 2). Gli spettri di assorbimento e di PL vengono utilizzati per calcolare il coefficiente di estinzione e il rendimento quantico delle nanostrutture. XRD e TEM vengono utilizzati per determinare la fase e la morfologia delle nanostrutture.
<img alt="Punti quantici di CdSe; spettri UV-vis e di PL; schemi XRD; analisi di nanocristalli; proprietà ottiche." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50731/50731fig1.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 1"> 
Figura 1. Semi di nanocristalli di CdSe con strutture cristalline wurtzite e zincoblenda. (a, b) Spettri di assorbimento (nero) e di PL (rosso), con immagini TEM in inserzione relative ai nanocristalli di CdSe wurtzite e zincoblenda, rispettivamente. (c, d) Schemi di diffrazione a raggi X dei nanocristalli di CdSe wurtzite e zincoblenda, con i profili delle corrispondenti sostanze in massa riportati a scopo di riferimento. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per visualizzare l'immagine ingrandita</a>.
<img alt="Analisi al microscopio elettronico a trasmissione, diffrazione a raggi X e spettrale di nanostrutture; bastoncini/stelle di CdS; emissione di fotoluminescenza." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50731/50731fig2.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figura 2"> 
Figura 2. Strutture eterogenee germinate di CdSe/CdS con morfologie a bastoncino e tetrapode. (a, b) Immagini TEM di nanobastoncini di CdSe/CdS e tetrapodi di CdSe/CdS, rispettivamente. (c, d) Pattern di diffrazione a raggi X (XRD) di nanobastoncini e tetrapodi di CdSe/CdS. Sono visibili solo le riflessioni del CdS in struttura wurtzite. (e, f) Spettri di assorbimento (nero) e di fotoluminescenza (PL, rosso) di nanobastoncini e tetrapodi di CdSe/CdS. La linea verde mostra gli spettri di assorbimento ingranditi per evidenziare l'assorbimento dovuto al nucleo di CdSe. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare l'immagine ingrandita</a>.

Viene presentato un protocollo per la sintesi seminata di nanostrutture multicomponenti a forma di bastoncino e tetrapode costituite da CdS e CdSe.

Sintesi seminata di nanocristalli di CdSe/CdS Rod e tetrapodi

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è dimostrare la sintesi assistita da semi di nanostrutture multicomponente a forma di bastoncino e tetrapode, costituite da cadmio, solfuro e seleniuro di cadmio. Questo risultato si ottiene innanzitutto preparando precursori molecolari reattivi. Come secondo passaggio, i precursori molecolari vengono fatti reagire per formare semi di seleniuro di cadmio con strutture cristalline di tipo wurtzite e blenda di zinco.Successivamente, i semi di telluro e zinco vengono utilizzati come stampo per la crescita di nanostrutture a forma di bastoncino e tetrapoda, rispettivamente. I risultati dimostrano che la scelta della struttura cristallina del seme di seleniuro di cadmio consente un controllo preciso sulla morfologia finale dell'eterostruttura di seleniuro di cadmio e solfuro di cadmio. Oggi è possibile realizzare nanostrutture multicomponente con controllo indipendente sulla composizione, la fase, le dimensioni, la forma e persino la connettività di ogni singolo componente all'interno della nanostruttura.Per raggiungere questo obiettivo, è necessario separare la nucleazione dalla crescita, il che viene fatto eseguendo nucleazione e crescita in passaggi sintetici indipendenti e distinti. Una dimostrazione visiva di questo metodo è utile poiché piccole differenze nella tecnica possono avere un grande impatto sul prodotto finale ottenuto, con l'identificazione dei fattori specifici ai quali la sintesi dei nano cristalli è molto sensibile. La riproducibilità di questi metodi continua a migliorare.Molti dei prodotti chimici utilizzati in questa sintesi sono acutamente tossici e cancerogeni. Inoltre, i nanomateriali possono presentare altri rischi rispetto alle loro controparti in forma massiva. Si raccomanda di adottare tutte le opportune misure di sicurezza, inclusi controlli ingegneristici e l'uso di idonei dispositivi di protezione individuale.Inoltre, consultare la scheda di dati di sicurezza del materiale pertinente prima di eseguire la sintesi. Prima di iniziare questa procedura, preparare i precursori molecolari, inclusi cadmio metallico, octile di stato, fosfina, seleniuro e solfuro di tri Tal fosfina, come descritto nel protocollo testuale seguente, che combina 60 milligrammi di ossido di cadmio, 3,0 grammi di ossido di triottile fosfina e 280 milligrammi di acido fosforico N-ottadesilico. In un pallone da 25 millilitri, a tre collo, fondo rotondo, dotato di barretta agitatrice, termocoppia, condensatore di riflusso e setto di gomma.Depurare la miscela a 150 gradi Celsius sotto vuoto per un'ora, agitando a 800 giri al minuto. Dopo la depurazione, posizionare la soluzione sotto atmosfera di argon e riscaldarla a 300 gradi Celsius fino a quando non diventa una soluzione otticamente limpida. Rimuovere il pallone dal mantello riscaldante e agitare delicatamente la soluzione per eliminare l'eccesso di ossido di cadmio dalle pareti laterali del pallone.In seguito, riscaldare nuovamente la soluzione fino a quando diventa otticamente chiara. Aggiungere 1,5 grammi di tri anal fosfina goccia a goccia alla soluzione e aumentare la temperatura a 370 gradi Celsius. Utilizzando una siringa con un ago da 14 gauge, aggiungere rapidamente la soluzione di seleniuro di ottile fosfina alla miscela di reazione.Fare avvenire la reazione per la durata desiderata, poiché la dimensione dei nano cristalli di seleniuro di cadmio bianco può essere regolata modificando il tempo di reazione. Al termine della reazione, rimuovere il mantello riscaldante e raffreddare rapidamente il pallone utilizzando un getto di aria compressa.Successivamente, aggiungere 10 millilitri di metanolo anidro alla soluzione. Quando la temperatura scende al di sotto di 60 gradi Celsius a F floate, trasferire i nano cristalli in una provetta sotto argon e centrifugare per 10 minuti. A 2.600 ×g dopo la centrifugazione, decantare il soprannatante e risospendere il precipitato.In toluene anidro. Aggiungere metanolo anidro fino a quando la soluzione diventa torbida e centrifugare per 10 minuti a 2.600 ×g; decantare il soprannatante e ripetere la procedura di pulizia utilizzando esano e isopropanolo. Dopo la centrifugazione, disperdere il precipitato purificato in alcuni millilitri di toluene anidro. Successivamente, confermare la struttura cristallina a livello di sito dei nano cristalli di seleniuro di cadmio mediante diffrazione a raggi X.Quindi determinare la concentrazione della soluzione di seleniuro di cadmio bianco. Utilizzando spettroscopia di assorbimento UV-vis, combinare 0,17 grammi di stato speculare di cadmio e 37 millilitri di uno Octa deene. In un pallone da 50 millilitri, a tre collo, fondo rotondo, dotato di barretta magnetica, termocoppia, condensatore di riflusso e setto di gomma.Depurare la soluzione sotto vuoto a 90 gradi Celsius per un'ora, agitando a 800 giri al minuto. Successivamente, raffreddare la soluzione a temperatura ambiente sotto argon. Poi, rimuovere brevemente il settimo di gomma e aggiungere 33 milligrammi di polvere di biossido di selenio al pallone.Dopo aver sostituito il setto, sfiatare la soluzione sotto vuoto a 50 gradi Celsius per 15 minuti, agitando a 800 giri al minuto. Dopo aver posto la soluzione sotto atmosfera di Argon, riscaldarla a 240 gradi Celsius con una velocità di rampa di circa 10 gradi Celsius al minuto. Quando la soluzione raggiunge 240 gradi Celsius, aggiungere goccia a goccia una soluzione di OctaDeene precedentemente sfiatata.Dopo 30 minuti, rimuovere il mantello riscaldante e lasciare raffreddare la soluzione a temperatura ambiente. Una volta che le particelle sono state pulite, confermare la struttura cristallina del tipo zincoblenda dei nano cristalli di seleniuro di cadmio mediante diffrazione a raggi X. Quindi determinare la concentrazione della struttura tipo zincoblenda.Soluzione di seleniuro di cadmio utilizzando la spettroscopia di assorbimento UV-vis in un matraccio rotondo da 25 millilitri con tre collo, provvisto di una barretta magnetica, una termocoppia, un condensatore di riflusso e un setto di gomma. Aggiungere 207 milligrammi di ossido di cadmio, 1,08 grammi di acido N-oktadesilfosfonico, 3,35 grammi di triottile ossido di fosfina e 15 milligrammi di acido propilfosfonico. Dopo aver sottoposto la soluzione reazionale a degasaggio e formazione del complesso, porla sotto atmosfera di argon e riscaldarla a 340 gradi Celsius.Quindi iniettare 1,5 grammi di triottilefosfina goccia a goccia e lasciare che la temperatura ritorni a 340 gradi Celsius. Utilizzando una siringa con un ago da 14 gauge, aggiungere rapidamente 0,65 grammi della soluzione di tritalefosfina solfuro alla miscela di reazione. Dopo 20 secondi, aggiungere rapidamente una soluzione di seleniuro di cadmio in modo analogo.Regolare la temperatura della reazione a 320 gradi Celsius. Dopo 10 minuti a 320 gradi Celsius, rimuovere il mantello riscaldante per far raffreddare la soluzione. Successivamente, aggiungere circa 10 millilitri di toluene anidro al pallone, quando la temperatura è intorno a 100 gradi Celsius per prevenire la solidificazione dell'ossido di triottilfosfina.Dopo aver trasferito la soluzione grezza in un vial, purificare le barrette sedimentate. Consultare il protocollo testuale per i dettagli sulla procedura di purificazione. Combinare 207 milligrammi di ossido di cadmio, 1,08 grammi di acido n-octadecilfosfonico, 3,35 grammi di triottile fosfina ossido e 50 milligrammi di acido propilfosfonico in un pallone rotondo da 25 litri a tre collo, dotato di barretta magnetica, termocoppia, condensatore di riflusso e setto di gomma.Dopo aver sgrassato la miscela di reazione e averla posta sotto atmosfera di argon, riscaldarla a 300 gradi Celsius. Quando la temperatura raggiunge 300 gradi Celsius, aggiungere goccia a goccia 1,5 grammi di tri tal fosfina e lasciare che la temperatura ritorni al valore iniziale. Successivamente, aggiungere rapidamente 0,65 grammi di solfuro di ottale fosfina alla miscela di reazione utilizzando una siringa con ago da 14 gauge.Dopo 40 secondi, aggiungere rapidamente una soluzione di zinco blend, seleniuro di cadmio in modo analogo, aumentando la temperatura di reazione a 315 gradi Celsius a un ritmo di un grado al minuto. Dopo 20 minuti a 315 gradi Celsius, rimuovere il mantello riscaldante per raffreddare la reazione. Successivamente, aggiungere toluene anidro al pallone quando la temperatura è di circa 100 gradi Celsius per prevenire la solidificazione dell'ossido di triottilefosfina.Dopo aver trasferito la soluzione grezza in un vial per centrifuga, purificare i tetrapodi seminati. Per i dettagli sulla procedura di purificazione, consultare il protocollo scritto. Al termine, conservare i tetrapodi nel toluene. Infine, separare i tetrapodi dai prodotti secondari indesiderati costituiti da nano bastoncini centrifugando la soluzione di toluene a 12.000 ×g per 30 minuti.Dopo la centrifugazione, scartare lo strato superiore di nanostrutture a forma di asta e sciogliere lo strato inferiore di tetrapodi. Non mostrato. Di seguito sono riportati gli spettri di assorbimento e di fotoluminescenza rispettivamente delle nanostrutture di sito cubico e blend di zinco di seleniuro di cadmio.Questi spettri possono essere utilizzati per calcolare il coefficiente di estinzione e il rendimento quantico delle nanostrutture. Le immagini inserite sono micrografie al microscopio elettronico a trasmissione dei semi nano cristallini di seleniuro di cadmio, e gli spettri di diffrazione a raggi X delle fasi di seleniuro di cadmio con struttura tipo blenda di zinco. I nano cristalli sono mostrati qui insieme ai modelli lineari dei materiali massivi corrispondenti, forniti a scopo di riferimento; la diffrazione a raggi X e il microscopio elettronico a trasmissione possono essere utilizzati per determinare la fase e la morfologia delle nanostrutture.Qui sono mostrate le immagini ottenute mediante microscopia elettronica a trasmissione dei nano bastoncini di seleniuro di cadmio, solfuro di cadmio e dei tetrapodi di seleniuro di cadmio solfuro di cadmio. Sono qui riportati i pattern di diffrazione a raggi X dei nano bastoncini e dei tetrapodi, nei quali sono visibili solo le riflessioni del solfuro di cadmio in forma wurtzite. Sono qui mostrati gli spettri di assorbimento e di fotoluminescenza dei nano bastoncini di seleniuro di cadmio solfuro di cadmio e dei tetrapodi, rispettivamente.La linea verde mostra gli spettri di assorbimento ingranditi per evidenziare l'assorbimento. A causa del seme di seleniuro di cadmio, abbiamo dimostrato un metodo per regolare la morfologia finale di una nanostruttura eterogenea. Controllando la struttura cristallina del seme, le nanostrutture dei cadmidi hanno rappresentato un sistema modello utile per lo sviluppo di nuove tecniche sintetiche.Sebbene questo protocollo video abbia dimostrato la sintesi di una particolare nanostruttura, le stesse tecniche sono applicabili a una varietà di altre strutture. La sintesi di nanocristalli ha ora fatto progressi tali da rendere possibile progettare strutture complesse per scopi e applicazioni specifiche. Se intraprenderete una nuova sintesi di nanocristalli, ricordate di considerare tutti i potenziali rischi che potreste incontrare e di eseguire la sintesi in modo sicuro.

seeded-synthesis-of-cdsecds-rod-and-tetrapod-nanocrystals

Research

Ricerca

JoVE Journal

Chemistry

Chimica

Sintesi innescata di nanocristalli a bastoncino e tetrapodo di CdSe/CdS

Si descrive la preparazione di punti quantici colloidali con minimizzata dimensione idrodinamica per singola molecola imaging di fluorescenza. Rispetto ai tradizionali punti quantici, queste nanoparticelle sono di dimensioni simili alle proteine ​​globulari e sono ottimizzati per singola molecola luminosità, stabilità contro la fotodegradazione, e resistenza al legame non specifico a proteine ​​e cellule.

Compact Quantum Dots per singola molecola Imaging

Una strategia generale per lo sviluppo della carica di separazione nanocristalli semiconduttori compositi dispiegabili per la produzione di energia solare è presentato. Abbiamo dimostrato che il montaggio di donatore-accettore domini nanocristalli in una geometria singola nanoparticella dà luogo ad una funzione fotocatalitica, mentre bulk eterogiunzioni di donatore-accettore nanocristalli film può essere utilizzato per la conversione di energia fotovoltaica.

Raccolta di energia solare per mezzo di separatori di carica-nanocristalli e loro Solidi

Viene presentato un protocollo per la crescita ossidativa fotochimica di piccole nanoparticelle cristalline di ossido di iridio sulla superficie di CdSe@CdS nanoparticelle di bastoncelli seminate.

Fotochimica ossidativa crescita di Iridium ossido di nanoparticelle su CdSe @ CdS Nanorods

Qui presentiamo un metodo per sintetizzare nanoparticelle di solfuro di cadmio (CdS) prive di leganti basate su un copolimero di zolfo unico. Il copolimero di zolfo funziona come solvente ad alta temperatura e fonte di zolfo durante la sintesi delle nanoparticelle e stabilizza le nanoparticelle dopo la reazione.

Sintesi di CdS nanoparticelle libera-ligando all&#39;interno di una matrice zolfo Copolimero

Questo protocollo descrive la deposizione sintesi e soluzione inorganica strato dopo strato nanocristalli per produrre elettronica film sottile su superfici non conduttive. inchiostri a solvente stabilizzato in grado di produrre dispositivi fotovoltaici completi su substrati di vetro tramite rotazione e spruzzo rivestimento seguenti scambio ligando post-deposizione e sinterizzazione.

Fabbricazione di inorganici nanocristalli fotovoltaici dispositivi completamente Soluzione Processing

Qui, ci prepariamo e caratterizzare nuovi gerarchici nanostrutture di ZnO / CdSSe ad albero, in cui i rami CdSSe si coltivano su nanofili di ZnO allineati verticalmente. I nanotrees risultanti sono un materiale potenziale per la conversione dell'energia solare e altri dispositivi opto-elettronici.

Sintesi di Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees

Un protocollo di dettagliare come forma-anisotropo cadmio colloidale calcogenuri nanocristalli possono essere legata covalentemente tramite loro sfaccettature di fine sono presentato qui.

Faccetta--sfaccettatura che collega di cadmio colloidale forma-anisotropo Chalcogenide nanostrutture

Il presente lavoro descrive un metodo per fabbricare nanocristalli micellare, una classe emergente di principale di nanobiomaterials. Questo metodo combina electrospray di top-down, bottom-up auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente. Il metodo di fabbricazione è in gran parte continuo, in grado di produrre prodotti di alta qualità e possiede un mezzo poco costoso della struttura di controllo.

Fabbricazione di nanocristalli micellare sferica e a forma di verme combinando Electrospray, auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente

I nanocompositi CdSe-SnSe sono prodotti consolidando particelle di SnSe ingegnerizzate in superficie. Una semplice sintesi acquosa viene impiegata per produrre particelle di SnSe. Il rivestimento di particelle di SnSe con complessi molecolari di CdSe consente di controllare la granulometria e aumentare il numero di difetti presenti nel nanocomposito, abbassando così la conducibilità termica.

CdSe-SnSe policristallino processato in soluzione, ingegnerizzato in superficie, con bassa conducibilità termica

Sintesi, l'attivazione, e la caratterizzazione di materiali per struttura metallo-organici intenzionalmente progettato è impegnativo, soprattutto quando i blocchi di costruzione sono polimorfi incompatibili o indesiderati sono termodinamicamente favoriti rispetto forme desiderate. Descriviamo come le applicazioni di scambio linker-assistita solventi, polvere diffrazione di raggi X nei capillari e l'attivazione tramite CO 2 supercritica essiccazione, possono affrontare alcune di queste sfide.

Sintesi e caratterizzazione di funzionalizzato metallo-organici quadri

Impara la sintesi seminata di nanocristalli a bastoncino e tetrapodi di CdSe/CdS per la nanotecnologia. Questo metodo consente un controllo preciso della morfologia mediante la struttura cristallina dei semi.

Sintesi seminata di nanocristalli di CdSe/CdS Rod e tetrapodi

Esplora altri video